JP2017030012A - 複層鋳片の連続鋳造方法及び連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳片表層部の濃度が鋳片内部と比較して高い複層状の鋳片の連続鋳造方法および連続鋳造装置に関する。
【解決手段】鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、タンディッシュ２を２つの室に分割し、第１室１１にて取鍋１から溶鋼を受鋼しつつ、溶綱流制動用のソレノイドコイル１０を備えた連通管１９にて接続された第２室１２にて、所定の元素あるいはその合金を連続的に添加し濃度を調整することで、２種類の成分の溶鋼をタンディッシュ内で保持し、鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置８によって形成される直流磁場帯１４をはさんだストランドの上部及び下部に、タンディッシュのそれぞれの室の底部に設けた長さの異なる２つの浸漬ノズルを用いて、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳片表層部と内部の濃度が異なる複層状の鋳片を鋳造する連続鋳造方法および連続鋳造装置に関する。

表層と内層の成分組成が異なる複層状の鋳片を製造する試みは古くから行われている。例えば、特許文献１に開示された方法があげられる。特許文献１には、長さの異なる二本の浸漬ノズルを鋳型内にある溶融金属のプールに挿入し、それぞれの吐出口を深さが異なる位置に設け、さらに異種の溶融金属間に直流磁場を利用して両金属の混合を防止しながら複層鋳片を製造する方法が開示されている。

しかしながら、上記方法では二種類の成分組成が異なる溶鋼を用いるため、二種類の溶鋼を同じタイミングで別々に溶製し、連続鋳造プロセスに搬送し、また、それぞれの溶鋼の中間保持容器として、タンディッシュをそれぞれ準備する必要があり、また、表層溶鋼と内層溶鋼で注入流量が大きく異なるため、１ヒート毎の必要溶鋼量が大きく異なり、通常の製鋼工場で実現するのは困難であった。

そこで、より簡便に鋳片の表層と内層の成分組成が異なる鋳片を鋳造する方法として大きく２つの方法が検討されている。ひとつは、鋳型内幅方向に一様な磁束密度分布を有する直流磁場を厚み方向に印加することで得られる電磁制動を利用して、その直流磁場帯の上方にワイヤー、あるいは連続鋳造用パウダーに何某かの合金元素を含有させ連続的に供給することで鋳片表層を改質する方法が検討されている。

鋳型内にワイヤー等で元素を添加する方法を開示したものとして、例えば特許文献２があげられる。この方法では、鋳型内のメニスカス部よりも少なくとも２００ｍｍ下方に鋳型内溶鋼を遮断する直流磁場を設けるとともに、上方の溶鋼あるいは下部の溶鋼に所定元素を添加するとともに、元素を添加した溶鋼を撹拌することを特徴とする連続鋳造による複層鋼板の製造方法である。

連続鋳造用パウダーに何某かの元素を含有させ連続的に供給する、あるいは、パウダー層の上方から連続的にパウダーと反応しにくい金属粉あるいは金属粒を供給することによって溶鋼に元素を添加する方法としては、例えば、特許文献３に開示された方法があげられる。本方法では、合金元素を含有させた連鋳用パウダーを用い、連続鋳造鋳型内の上部に電磁撹拌装置を設置して鋳型内上部溶鋼の水平断面内で合金元素を溶解・混合する撹拌流を形成し、その下方に幅方向に直流磁場を鋳片の厚み方向に印加して溶鋼中に直流磁場帯を形成し、かつ、その直流磁場帯の下方に浸漬ノズルにより溶鋼を供給して鋳造することで、合金元素の鋳片表層部の濃度が内層に比べて高い複層状の鋳片を製造する方法である。

なお、非特許文献１には、直流磁場として０．２〜０．３Ｔの磁場を印加することで、表層／内層の分離が図れることが開示されている。

しかしながら、鋳型内では上部にパウダー層が存在し、かつ周囲から冷却され、さらに矩形断面形状となるため、過剰な撹拌を行うことができず、濃度の均一化が図りにくい。また、ストランド上部と下部に供給する溶鋼量を独立に制御しないため、上下プール間での溶鋼混合が避けられず、分離度の高い鋳片を製造しにくいという課題があった。

鋳造後に鋳片表面を改質する方法としては、例えば、特許文献４に、鋳片の表層を誘導加熱、プラズマ加熱のいずれか一方または双方により溶融させ、溶融した鋳片の表層部分に添加元素もしくはその合金を添加することを特徴とする鋳片の表層改質方法が開示されている。しかしながら、溶融プールの体積が小さいため、成分は添加できるものの濃度の均一化を図ることが難しいことや、方法上鋳片全面を一度に溶融されることが困難であり、鋳片表層全周にわたって改質するには複数回の溶融改質を行う必要がある等の課題があった。

特開昭６３−１０８９４７号公報 特開平３−２４３２４５号公報 特開平８−２９０２３６号公報 特開２００４−１９５５１２号公報

E.Takeuchi, M.Zeze, H.Tanaka, H.Harada and S.Mizoguchi: Ironmaking and Steelmaking, 24(1997),257.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、一つの取鍋、一つのタンディッシュにて連続鋳造用溶鋼を供給し、鋳片表層部の合金元素濃度が内部と比較して異なる複層状の連続鋳造鋳片を鋳造する連続鋳造方法および連続鋳造装置を提供することを目的としている。

本発明は、
（１） 鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、２つの室を有するタンディッシュの、第１室にて取鍋から溶鋼を受鋼しつつ、溶綱流制動用のソレノイドコイルを備えた連通管にて接続された第２室に、前記第１室から溶綱流を制動しつつ供給し、かつ、前記第２室に所定の元素あるいはその合金を連続的に添加して前記第２室の溶鋼の濃度を調整し、２種類の成分の溶鋼をタンディッシュ内で保持し、
鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、
タンディッシュのそれぞれの室の底部に設けた長さの異なる２つの浸漬ノズルを用いて、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
（２） タンディッシュの２つの室のそれぞれの底部に設けた前記浸漬ノズルから前記上側溶鋼プールと下側溶鋼プールに溶鋼を供給するにあたり、下側溶鋼プールに供給する溶鋼量はタンディッシュのヘッドと内層溶鋼用浸漬ノズルのスライディングノズルの開度と溶鋼流量の関係を用いて、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールの溶鋼界面位置が直流磁場発生装置の直流磁場帯内となるように供給し、上側溶鋼プールの溶鋼はタンディッシュの第２室にて成分調整された溶鋼を、鋳型内湯面レベルが一定となるように制御しつつ供給することを特徴とする（１）記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
（３） ２つの室の間に設けた連通管の周囲を取り巻くように二つのソレノイドコイルを設置し、そのコイルが互いに異なる向きの磁力線を形成するようにそれぞれのコイルに直流電流を通電することを特徴とする（１）又は（２）記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
（４） 鋳型内幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加しつつ、その上方の鋳型内湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
（５） 鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する装置であって、第１室と第２室を有するタンディッシュと、前記２つの室を接続しかつその周りに二つのソレノイドコイルを、そのコイルが互いに異なる向きの磁力線を形成するように配置した連通管を備え、取鍋からの溶鋼を前記第１室に注入し、第２室の溶鋼に成分を添加する成分添加装置を有し、
鋳型内では湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成する電磁撹拌装置と、その下方に鋳型幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を備え、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、
更に前記タンディッシュの２つの室のそれぞれの底部に長さの異なる２つの浸漬ノズルを備え、第２室底部の浸漬ノズル（表層溶鋼用浸漬ノズル）から上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、第１室底部の浸漬ノズル（内層溶鋼用浸漬ノズル）から下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼を、前記タンディッシュから鋳型内に供給する構造とすることを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。

本発明により、取鍋は１つ、タンディッシュは１つで連続鋳造用溶鋼を供給し、タンディッシュを第１室と第２室とに分け、第１室と第２室をつなぐ連通管に２つのソレノイドコイルからなる直流磁場発生装置を設け、第２室への成分添加により取鍋から供給される母溶鋼とは異なる成分組成の溶鋼に成分調整しつつ母溶鋼との混合をタンディッシュ内、鋳型内で安定して防止することができ、表層厚み、表層濃度が鋳片全幅にわたって均一で、かつ、鋳片の表層と内層の成分組成が異なり、表層のみに高歩留で成分が添加された複層鋳片の製造が可能となる。

本方法は添加する成分についての制約は少なくＮｉやＣだけでなく、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｏに加えて、強脱酸、強脱硫元素であるＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭ等、鋼中に含有する元素を添加することができ、鋳片の表層成分を変えることで鋼材の新たな機能を比較的簡便な方法で可能となった。

本発明の装置ならびに方法を模式的に示した正面断面図である。 直流磁場による電磁制動の原理を示した図である。（ａ）は鋳型内への直流磁場を印加した条件に相当し、（ｂ）はタンディッシュ等、耐火物内の溶鋼に直流磁場を印加した条件に相当する。 （ａ）は、２つのソレノイドコイルを連通管周囲に設置し、逆向きの直流磁場を印加した状況を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は２つのソレノイドコイル間の連通管内での電磁制動の原理を示した断面図である。 直流磁場帯により、ストランドが２つに分割された際の凝固シェル形成、表層と内層の界面がどのように形成されるかを模式的に示した図であり、（ａ）は鋳型内断面図、（ｂ）は鋳片断面図である。 本発明における取鍋からの溶鋼供給量制御とタンディッシュのそれぞれの室からの溶鋼供給量の制御方法について、模式的に示した図である。 タンディッシュの連通管内に印加する磁束密度と（ａ）表層分離度、（ｂ）表層濃度均一性の関係について調査した結果である。 上側溶鋼プール溶鋼供給量Ｑ₂と上側溶鋼プール凝固量Ｇ₂との比（Ｑ₂／Ｇ₂）と（ａ）表層分離度、（ｂ）表層濃度均一度との関係について調査した結果を示す図である。 表層厚みの鋳片幅方向分布に及ぼす電磁撹拌装置による旋回流の影響を示した図である。 表内層溶鋼流量とタンディッシュの２つの室の湯面レベルの面積との比の大小関係と分離度、均一度の関係が取鍋からの注入流の有無によってどのように変化するかを示す図であり、タンディッシュヘッドが（ａ）は一定、（ｂ）は時間とともに変化する。 取鍋からの注入流がない条件でタンディッシュの連通管に印加する磁束密度と表層分離度、表層濃度均一性の関係について調査した結果である。

以下に本発明の好ましい実施の形態を図１、４に基づいて説明する。まず、特許文献１にあるように、メニスカス１７の下方の所定位置に直流磁場発生装置８を配置し、直流磁場帯１４を形成する。直流磁場帯１４においては、磁力線が鋳片の厚み方向に向かう直流磁場を印加し、磁束密度は鋳型幅方向にほぼ均一とする。このような磁束密度の直流磁場を厚み方向に印加し、直流磁場帯を形成することにより、直流磁場帯１４を通過しようとする溶鋼には電磁ブレーキがかかり、直流磁場帯１４上方の上側溶鋼プール１５と下方の下側溶鋼プール１６とが事実上遮断されることとなる。上側溶鋼プール１５で凝固した凝固シェルが鋳片の表層部２４を形成し、下側溶鋼プール１６で凝固した凝固シェルが鋳片の内層部２５を形成する。そして、直流磁場帯１４部分における凝固シェルの厚さＤが、鋳片の表層部の厚さに該当する。従って、直流磁場帯１４を配置するメニスカスからの高さＨは、目標とする表層部の厚さＤ、鋳型内における凝固係数Ｋ、鋳造速度Ｖ_Cに基づいて定めることとなる。

そのうえで、その直流磁場帯の上下それぞれに溶鋼を供給するために２本の浸漬ノズルを設置し、それぞれの溶鋼プールにおいて凝固する溶鋼量だけ、各浸漬ノズルから溶鋼を供給することで、表層と内層の成分組成が異なる鋳片が鋳造できる。ここで直流磁場帯１４とは直流磁場発生装置８のコア高さと同じ範囲とする。理由はこの範囲内であれば均一な磁束密度の直流磁場が印加される。

直流磁場帯１４の磁束密度は、上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６との間の溶鋼の入れ替わりを最小限にすることのできる磁束密度を選択する。鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造するにあたり、それぞれの溶鋼量比を計算すると、表層厚みや鋳造幅によって変化するものの、スラブ鋳造の条件であれば、内層／表層＝４〜５と圧倒的に内層の流量が多い。従って、下側溶鋼プール１６へ溶鋼を供給する浸漬ノズルの吐出孔から流出した溶鋼流が、鋳型内溶鋼流動現象の大きな比率を占める。この吐出流は短辺凝固シェルに衝突して下側反転流と上側反転流を形成する。この上側反転流を抑制して直流磁場帯の通過を抑止できれば、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールの溶鋼入れ替わりを最小限とできる。直流磁場帯の磁束密度が０．３Ｔ（テスラ）以上であれば、十分に溶鋼の入れ替わりを抑止することができる。この点は、前記非特許文献１にも記載のとおりである。

磁束密度の上限は高いほど好ましいが、超電導磁石によらず直流磁場を形成するうえではおよそ１．０Ｔが上限となる。鋳造条件に応じて０．３Ｔ〜１Ｔの範囲内で適正な磁束密度の磁場を印加すればよい。

本発明では、
[１] タンディッシュ２にて取鍋１から注入された溶鋼（以下、第１溶鋼２１）の一部を成分調整することで新たな溶鋼（以下、第２溶鋼２２）を作り出すこと、
[２] １つのタンディッシュ内で２種類の溶鋼：第１溶鋼２１、第２溶鋼２２を保持すること、
[３] 第１溶鋼２１、第２溶鋼２２をそれぞれ、ストランド内の下側溶鋼プール１６、上側溶鋼プール１５それぞれの位置で凝固によって消費される量だけ鋳型内に安定して供給すること
の３つが必要となる。

先ず、本発明では、[１] タンディッシュ２で第１溶鋼２１と成分組成の異なる第２溶鋼２２をつくる。

図１に示したように、タンディッシュ２を複数室に、すなわち、取鍋からの第１溶鋼２１を受ける第１室１１と、第１溶鋼２１にワイヤー等によって所定元素あるいはその合金を添加し成分調整を行って第２溶鋼２２とする第２室１２の２つの室にわけ、これらを連通管１９で接続する。

さらに、取鍋１からの溶鋼（第１溶鋼２１）が第１室１１から連通管１９を経由して供給され、所定の元素あるいはその合金をワイヤー等によって連続的に添加し成分調整を行う第２室１２については、撹拌力を付与し濃度の均一化を図る。そのためには、第２室１２内のタンディッシュ底部からＡｒバブリング等により撹拌を付与することで均一混合を図ることができる。さらに好ましくは、ワイヤーを添加し撹拌を付与する領域とその後方に溶鋼を鎮静化する領域を設けることができればワイヤー添加時に巻き込まれた介在物等を浮上除去することが好ましい。このようにして、鋳型上部の上側溶鋼プール１５に供給する第２溶鋼２２が第２室１２においてつくられる。なお、第２溶鋼２２への成分添加量は第２室１２内に供給される溶鋼量に応じて調整することで濃度を調整することができる。第１室１１と第２室１２から鋳型内への流量制御方法については後述する。

次に、本発明では、[２] 第１溶鋼２１と第２溶鋼２２のタンディッシュ内での混合を防止し、２つの溶鋼を１つのタンディッシュで安定的に保持する。

前述したように、本発明では、タンディッシュ２を複数室に、すなわち、取鍋１からの溶鋼を受ける第１室１１と、溶鋼にワイヤー等によって所定元素あるいはその合金を添加し成分調整を行う第２室１２の２つの室にわけ、これらを接続する。これによって、取鍋１からの溶鋼は第１室１１に供給され、そのまま第１室１１の下部に設けた浸漬ノズルから鋳型内に供給される。さらに、その残りの溶鋼が連通管１９を介して第２室１２に供給され、第２室１２でワイヤー等によって所定元素あるいはその合金を添加し成分調整された溶鋼が第２室１２の底部に設けた浸漬ノズルから鋳型内に供給される。第１室１１から第２室１２に溶鋼の供給があれば第１室１１と第２室１２の間の混合は防止される。しかしながら、取鍋交換部や鋳造末期等では取鍋からの溶鋼供給が停止する。そのため、そのような場合も含めて、第１室１１と第２室１２の間で混合を安定的に防止する必要がある。そこで、本発明では第１室１１から第２室１２に溶鋼が供給されるような条件としたうえでに第１室１１と第２室１２の間に設けた連通管１９に何がしかの電磁ブレーキを付与し混合を安定的に防止する。

鋳型内ではストランド上下間での溶鋼の混合を防止するため、鋳型厚み方向に直流磁場を印加した。電磁制動の原理は図２（ａ）に模式的に示すことができ、磁場中を溶鋼が横切る溶鋼流動４１によって誘導電流４２が流れ、その誘導電流４２と印加した直流磁場４０との相互作用により溶鋼の流れとは逆向きの制動力４３を溶鋼に作用する。この際、図２（ａ）の鋳型内であれば溶鋼の周囲に凝固シェル２３が存在するため、凝固シェル２３を介して誘導電流４２の電気回路が形成される。その結果、溶鋼中には制動力４３のみが作用する（図中左から右に流れる電流により制動力が作用）。しかしながら、図２（ｂ）のように仮に凝固シェルが存在しなければ、（壁４４が電気を流さなければ）溶鋼内で電気回路を形成する必要が生じ、壁４４近傍では逆向きの電流、すなわち流れを加速する力が作用し、結果として制動力４３が作用しなくなる。すなわち、タンディッシュや連通管のような耐火物製の壁４４で覆われた容器内に直流磁場４０を作用し、制動力を作用させるには工夫が必要となる。

本発明では、図１、４に模式的に示すように、鋳型幅全体にわたって形成される直流磁場帯１４によってストランドを上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６の２つに分割し、上側溶鋼プール１５には表層溶鋼用浸漬ノズル６から第２溶鋼２２を注入し、下側溶鋼プール１６には内層溶鋼用浸漬ノズル５から第１溶鋼２１を注入する。直流磁場帯１４の位置において、鋳片の表面側には第１溶鋼プールの溶鋼が凝固した凝固シェル（上側溶鋼プール凝固部分２４）が形成されている。直流磁場帯１４位置における凝固シェル断面積をＳ₂とする。この凝固シェル断面積Ｓ₂が、鋳造後鋳片の表層部面積Ｓ₂となる。鋳片表面積のうちの表層部面積Ｓ₂以外の部分が内層部面積Ｓ₁であり、Ｓ₁とＳ₂を足した値が鋳片断面積となる。上側溶鋼プール１５から凝固シェル２３として下方に輸送される上側溶鋼プール凝固部分２４の単位時間輸送量Ｇ₂は、鋳造速度をＶｃとして、第１溶鋼２１、第２溶鋼２２の密度をρ₁、ρ₂とすると、
Ｇ₂＝ρ₂Ｓ₂Ｖ_C
となり、下側溶鋼プール１６で凝固して下方に輸送される下側溶鋼プール凝固部分２５の単位時間輸送量Ｇ₁は、
Ｇ₁＝ρ₁Ｓ₁Ｖ_C
となる。合計鋳造量をＧとすると、
Ｇ＝Ｇ₁＋Ｇ₂
となる。

次に、内層溶鋼用浸漬ノズル５から下側溶鋼プール１６に供給する溶鋼量をＱ₁、表層溶鋼用浸漬ノズル６から上側溶鋼プール１５に供給する溶鋼量をＱ₂とする。合計溶鋼量Ｑを
Ｑ＝Ｑ₁＋Ｑ₂
とおく。タンディッシュから鋳型への溶鋼供給量合計（Ｑ）については、メニスカス位置が一定を保持するように湯面レベル制御によって調整するので、
Ｑ＝Ｇ
が確保される。本発明では、各浸漬ノズルから各溶鋼プールに供給する溶鋼量について、
Ｑ₁＝Ｇ₁
Ｑ₂＝Ｇ₂
とすることにより、直流磁場帯１４を経由しての溶鋼の混合を防止し、タンディッシュの第２室１２で形成した第２溶鋼２２の成分のままで鋳片の表層部２４を形成し、第１室１１における第１溶鋼２１の成分のままで鋳片の内層部２５を形成することができる。

そこで本発明では、[３] これら３者の溶鋼量Ｑ、Ｑ₁、Ｑ₂、を制御し、第１溶鋼２１と第２溶鋼２２とが直流磁場帯１４を通過して混合することのないように制御する。

具体的な制御方法について、図１、４、５を用いて説明する。

予め、適用する連続鋳造装置における鋳型内での凝固係数Ｋ（ｍｍ／ｍｉｎ^0.5）を確認しておく。メニスカス１７から直流磁場帯１４までの高さＨ、鋳造速度Ｖ_Cを定めることにより、直流磁場帯１４における凝固シェル厚さＤが
Ｄ＝Ｋ√（Ｈ／Ｖ_C）
として求まる。求まった直流磁場帯１４における凝固シェル厚さＤを用いて、直流磁場帯１４における凝固シェル断面積Ｓ₂が定まり、前述の
Ｇ₂＝ρ₂Ｓ₂Ｖ_C
によってＧ₂が定まるので、
Ｑ₂＝Ｇ₂
となるように、表層溶鋼用浸漬ノズル６からの溶鋼注入量Ｑ₂を定めればよい。

直流磁場帯１４の磁場形成範囲は、湯面からの高さＨを中心として上下に幅を有している。そのため、Ｑ₁とＱ₂のバランスが若干変動しても、上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６の界面２７が直流磁場帯１４の磁場範囲内に収まるのであれば、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯１４内に制御でき、本発明の効果を十分に発揮することができる。湯面１７から直流磁場帯１４上限までの距離をＨ_H、直流磁場帯１４下限までの距離をＨ_Lとおく。上側と下側の溶鋼プール界面２７がＨ_H又はＨ_Lにあるとき、凝固シェル厚さはそれぞれ
Ｄ_H＝Ｋ√（Ｈ_H／Ｖ_C）
Ｄ_L＝Ｋ√（Ｈ_L／Ｖ_C）
となる。上側溶鋼プール１５での凝固量Ｇ₂について、溶鋼プール界面２７がＨ_H又はＨ_Lにあるときの値をそれぞれＧ_2H、Ｇ_2Lとすると、
Ｇ_2H／Ｇ₂≒Ｄ_H／Ｄ＝√（Ｈ_H／Ｈ）
Ｇ_2L／Ｇ₂≒Ｄ_L／Ｄ＝√（Ｈ_L／Ｈ）
となる。そして、上側溶鋼プール１５への溶鋼供給量Ｑ₂が、Ｇ_2H〜Ｇ_2Lの範囲に入っていれば、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯１４内に制御でき、上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６との溶鋼混合を抑えて十分に良好な品質とすることができる。

一定鋳造速度Ｖ_C（単位時間鋳造量＝Ｇ）にて引き抜きを行い、タンディッシュから鋳型内へ供給する溶鋼量がＱ（＝Ｇ）である状況で、まず、取鍋１からタンディッシュ２に供給する溶鋼量がＱで一定となるように制御する。タンディッシュ２に供給する溶鋼量をＱとするための注入制御方法としては、秤量器３５ａで取鍋重量を測定して時間当たり重量変化量がＱとなるように注入制御を行う方法、あるいはタンディッシュ内溶鋼ヘッドが目視できる状況であるかタンディッシュの秤量器３５ｂ、３５ｃでタンディッシュ重量を計測できればタンディッシュ溶鋼ヘッドが一定となるように注入制御を行う方法、のいずれかを用いることができる。その結果、タンディッシュ内溶鋼ヘッドは一定の高さで保持される。この状態で、下側溶鋼プール１６に供給される第１溶鋼２１の流量Ｑ₁を、
Ｑ₁＝Ｑ−Ｑ₂＝Ｑ−Ｇ₂
となるように一定に制御する。具体的には、タンディッシュ内ヘッドを一定に保持しながら、あらかじめ定めた、スライディングノズル３３ｂ開度と流量のテーブルを用いて、規定開度を一定に保持することでＱ₁を一定に制御する。これだけでは、鋳型内全体に供給する溶鋼量Ｑに対して不足しているため、成分調整された第２溶鋼２２を上側溶鋼プール１５に供給する表層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｃ流量調整において、湯面レベル計３１で計測する鋳型内湯面レベルが一定となるように溶鋼量Ｑ₂を制御する。その結果、合計流量Ｑとストランド上下で消費される溶鋼量Ｑ₁、Ｑ₂それぞれを制御することができ、
Ｑ₂＝Ｇ₂
とすることができる。これにより、鋳型内の上側溶鋼プール１５では、供給される溶鋼量（Ｑ₂）と、凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量（Ｇ₂）がバランスするとともに、下側溶鋼プール１６では、供給される溶鋼量（Ｑ₁）と凝固シェルとして排出される時間あたり輸送量（Ｇ₁）がバランスする。そのため、直流磁場帯１４を通過して混合する溶鋼流が生じないので、図５の第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の界面２７を安定的に維持することができる。Ｑ₁とＱ₂のバランスによって決まる第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の界面２７が直流磁場帯１４の範囲内となるように制御する。

この際、内層溶鋼用浸漬ノズル５の流量調整に用いるスライディングノズル３３ｂ開度と流量との関係が毎回一定ではない等の課題が考えられる。そこで、鋳造スタート時を活用して、スライディングノズル３３ｂの開度と流量特性の関係を把握し、特性を補正すればよい。鋳造スタート時には第２溶鋼２２の成分調整はまだできていないため、内層溶鋼用浸漬ノズル５を経由しての第１溶鋼２１のみで鋳造を行う。その際においても、タンディッシュ内ヘッドを一定とし、かつ、鋳型内湯面レベルを一定に制御し、スライディングノズル３３ｂの開度と流量との関係を調整することで、流量補正が可能となる。

鋳型内への溶鋼供給量制御方法としてあるいは、まず表層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｃ開度と溶鋼供給量の関係を予め求めておき、表層溶鋼用浸漬ノズル６からの溶鋼供給量Ｑ₂が上側溶鋼プール凝固量Ｇ₂となるようにスライディングノズル３３ｃ開度を定め、内層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｂ流量調整については、鋳型内の湯面レベルが一定になるように制御することとしても良い。

これら[１]〜[３]の３つの方法を今回新たに導入することで、取鍋は１つ、タンディッシュは１つであるが、タンディッシュでの成分添加により取鍋１から供給される第１溶鋼２１とは異なる成分組成の第２溶鋼２２に成分調整しつつ、タンディッシュ内での第１溶鋼２１との混合を防止することができ、これら２つの溶鋼を鋳型内の異なる深さの位置に長さのことなる２つの浸漬ノズルを介してそれぞれの溶鋼量を供給しつつ、鋳型内においても２つの溶鋼の混合を防止することで、鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片の製造が可能となる。

なお、直流磁場によってストランドを上側溶鋼プール１５と下側溶鋼プール１６に分割するが、直流磁場帯１４よりも上の上側溶鋼プール１５に供給される溶鋼量は、直流磁場帯１４よりも下の下側溶鋼プール１６に供給される溶鋼量と比較して少ない。そのため、上側溶鋼プール１５では、十分な溶鋼攪拌ができないことがある。本発明では、鋳型内周方向全体にわたっての凝固を均一化する手段として、上側溶鋼プール１５における鋳型内湯面近傍に電磁撹拌装置９を設置し、水平断面内で旋回流を付与し、溶鋼流動ならびに凝固を周方向に均一化するのが望ましい。

以上、述べた本発明の原理を検証するため、試験連鋳機を用いて鋳造試験を行った。試験連鋳機では、幅８００ｍｍ×厚１７０ｍｍの鋳片の鋳造が可能である。図１に示すように、鋳型内の湯面レベルから７５ｍｍ下方に電磁撹拌装置９のコア中心を設置し、鋳型内湯面近傍の水平断面内で最大０．６ｍ／ｓの旋回流を付与した。加えて、湯面レベルからＨ＝４００ｍｍ下方を中心に幅方向に均一な磁束密度分布を有する直流磁場を鋳片の厚み方向に印加することができる直流磁場発生装置８を設けた。この直流磁場発生装置８のコア厚みが２００ｍｍのため、湯面レベルからの高さがＨ_H＝３００ｍｍからＨ_L＝５００ｍｍの範囲内にわたってほぼ同じ磁束密度の直流磁場を最大０．５Ｔ印加することができる。従って、第２溶鋼供給量Ｑ₂とＧ₂との比（Ｑ₂／Ｇ₂）が、Ｇ_2H／Ｇ₂≒√（Ｈ_H／Ｈ）＝０．８７からＧ_2L／Ｇ₂≒√（Ｈ_L／Ｈ）＝１．１２の範囲内であれば、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯１４内に制御できるので、本発明の効果を発揮することができる。

鋳型３の上方に設けるタンディッシュ２の仕様は以下の通りである。容量は２０ｔで、タンディッシュは複数室（第１室：１２ｔ、第２室：８ｔ）から構成され、それぞれの室の底面に内層溶鋼用浸漬ノズル５と表層溶鋼用浸漬ノズル６の２つの浸漬ノズルを取り付けた。なお、２つの浸漬ノズルの間隔は４００ｍｍである。また、これらの室は内面が耐火物で構成された連通管１９（内径１００φ）で接続されている。連通管１９の周りには２つのソレノイドコイル（１０Ａ、１０Ｂ）からなる直流磁場発生装置７が設置されており、２つのコイルにより互いに逆向きの直流磁場が印加される。また、印加する磁束密度は最大０．２Ｔである。

鋳型内に溶鋼を供給する２つの浸漬ノズル（５、６）の吐出孔位置は、鋳片幅方向には幅中心をはさんでそれぞれ１／４幅位置とした。また、深さ方向には直流磁場発生装置８によって形成される直流磁場帯１４の上方に表層溶鋼用浸漬ノズル６の吐出口を設け、下方に内層溶鋼用浸漬ノズル５の吐出口を設置した。具体的には、表層溶鋼用浸漬ノズル６の吐出孔位置は湯面レベルから１５０ｍｍとし、内層溶鋼用浸漬ノズル５の吐出孔位置は湯面レベルから５５０ｍｍとした。ここで、鋳型内の凝固係数Ｋ値はおよそ２５ｍｍ／ｍｉｎ^0.5であることを確認しており、鋳造速度Ｖ_C＝１ｍ／分で鋳造した際の直流磁場発生装置８の中心までで形成される表層厚は約１６ｍｍである。この表層厚みからから、直流磁場帯１４位置における凝固シェル断面積（鋳造後鋳片の表層部面積）Ｓ₂が定まり、この表層部面積Ｓ₂と鋳造速度から、下側溶鋼プール１６と上側溶鋼プール１５から下方に輸送される単位時間鋳造量がそれぞれＧ₁、Ｇ₂として定まり、Ｇ₁、Ｇ₂に等しくなるように第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の流量（Ｑ₁、Ｑ₂）を規定することができる。

第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の流量制御については、鋳造開始時に内層溶鋼用浸漬ノズル５から第１溶鋼２１のみで鋳造を行い、必要溶鋼流量を供給するための内層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｂの開度を確認した。その後、タンディッシュヘッドが一定となるように、取鍋１からの注入量を一定に制御したうえで、内層溶鋼用浸漬ノズル５からの供給溶鋼量がＱ₁となるようにスライディングノズル３３ｂ開度を一定で制御した。さらに、第２溶鋼２２については、湯面レベルが一定となるように表層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｃ開度調整を行い、結果として第２溶鋼２２の供給量がＱ₂となるように制御した。

取鍋１から供給する溶鋼成分が第１溶鋼２１成分であり、第１溶鋼２１は低炭Ａｌキルド鋼である。取鍋１から供給する第１溶鋼２１はタンディッシュ２の第１室１１に供給され、その一部は連通管１９を経由して第２室１２に供給される。第２室内の第２溶鋼２２は第１溶鋼２１に対して、前述したタンディッシュの第２室１２内に０．３ｍｍ厚の軟鋼板でかしめた鉄製ワイヤー（内部にＮｉ粒を含有：４２０ｇ／ｍ）をワイヤーフィーダー（成分添加装置３４）にて添加した。Ｑ₂＝Ｇ₂となる鋳造においては添加速度３ｍ／分で添加した。なお、この条件で上記Ｎｉ含有ワイヤーを添加すると、第１溶鋼２１に０．５％Ｎｉを添加することに相当する。Ｑ₂とＧ₂が相違する鋳造（下記実験２）においては、第２溶鋼中のＮｉ含有量が０．５％となるようにワイヤーの添加速度を調整した。

鋳片内Ｎｉ濃度分布を調査するため、表層については表面から８ｍｍ位置（表層厚みの中心）、内層については表面から４０ｍｍ位置（鋳片１／４厚）について、両短辺中央、１／４幅位置の表裏面、１／２幅位置の表裏面、のそれぞれ８箇所、表層、内層あわせて合計１６箇所から分析試料を採取し濃度を調査した。また、表層厚については、分析試料を採取した部位について、表面から４０ｍｍまでの領域を対象に、分析試料を採取したほぼ同じ位置でサンプルを切り出し、ＥＰＭＡにて厚み方向の濃度分布を調査した。添加した元素の濃度が高くなっている厚みを求めた。

得られた分析結果については以下の指標で表内層の分離度、表層濃度の均一性を評価した。鋳片表層濃度Ｃ_O、鋳片内層濃度Ｃ_I、取鍋内濃度Ｃ_Lとタンディッシュ内に添加した濃度Ｃ_Tから決まる表層分離度Ｘ_Oと鋳片表層厚み内の周方向平均値Ｃ_Mと標準偏差σから求められる濃度均一度Ｙを以下の式を用いて求めた。
Ｘ_O＝(Ｃ_O −Ｃ_I)／(Ｃ_T −Ｃ_L ) −−−−（１）
Ｙ＝σ／Ｃ_M −−−−（２）

具体的な実験方法について説明する。前述した本発明の原理を検証するため、以下、３つの実験を行った。

まず、実験１として、タンディッシュヘッドを一定に保持した条件で連結管周囲に設置した２つのソレノイドコイル（１０Ａ、１０Ｂ）に印加する直流磁場の表層分離度Ｘ_O、濃度均一度Ｙに及ぼす影響を調査した。なお、鋳型内の直流磁場帯１４に印加する磁束密度を０．４Ｔとし、Ｑ₂＝Ｇ₂として直流磁場帯１４を通過する溶鋼の発生を抑止し、表／内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件でタンディッシュ２の連通管１９内に印加する磁束密度を変化させて鋳造した。結果を図６に示す。磁場を印加しない条件ですでに分離度Ｘｏは０．９前後、均一度は０．１前後となっているが、磁束密度とともにさらに分離度、均一性が良好となった。

次に、実験２として、第１、第２の流量バランスを変化させ、表層溶鋼用浸漬ノズル６からの溶鋼供給量Ｑ₂が、上側溶鋼プール１５で凝固する鋳造量Ｇ₂と相違する条件で鋳造し、表層分離度、濃度均一性に及ぼす影響を調査した。ここで、タンディッシュの連通管１９内に印加する磁束密度は０．１Ｔ、鋳型内の直流磁場帯１４に印加する直流磁場の磁束密度は０．４Ｔ、鋳型内電磁撹拌装置による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件で、Ｑ₂を変化させて鋳造した。結果を図７に示すが、Ｑ₂／Ｇ₂＝０．８７〜１．１２の範囲に制御した条件では、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯１４内に制御できるので、表層分離度Ｘｏは０．９以上１以下、濃度均一度Ｙは０．１以下となり、表層分離度、濃度均一度ともに良好な鋳片をえることができた。一方、Ｑ₂／Ｇ₂＜０．８７の条件では、上側溶鋼プール１５への溶鋼供給量が不足して、直流磁場帯１４を通過して下側溶鋼プール１６から上側溶鋼プール１５へ溶鋼が移動するため、上側溶鋼プール１５の添加元素含有量が低下することとなった。逆に、Ｑ₂／Ｇ₂＞１．１２の条件では、上側溶鋼プール１５への溶鋼供給量が過剰で、直流磁場帯１４を通過して上側溶鋼プール１５から下側溶鋼プール１６へ溶鋼が移動するため、鋳片の内層にも添加元素が含有される結果となった。

さらに、実験３として、鋳型内直流磁場帯１４に印加する磁束密度を０．４Ｔ、表内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ、タンディッシュの連通管１９内に印加する磁束密度を０．１Ｔの条件で、上側溶鋼プール１５における鋳型内電磁撹拌装置９の撹拌流速を変えて鋳造した。表層ノズル側短辺部の表層厚み、内層ノズル側短辺部の厚み、幅中央部の表層部の厚みを調査し、撹拌条件との関係を調査した。

図８には鋳型内電磁撹拌の有無による表層厚みの周方向分布の違いについて調査した結果を示した。電磁撹拌を印加しない条件では下部に溶鋼を供給するノズル側で溶鋼が停滞しやすく、表層厚みが厚くなる傾向がみられたが、０．３ｍ／ｓ以上の旋回流を湯面近傍で付与することで表層厚みの周方向分布を均一化することができ、好ましい。

最後に、実験４として、第１室１１と第２室１２の容量が異なるタンディッシュを準備し、第１室１１の湯面レベルの面積Ｓ_T1、第２室１２の湯面レベルの面積Ｓ_T2を変化させた。それぞれの室から各溶鋼プールへの溶鋼供給量をＱ₁、Ｑ₂とした場合、Ｑ₁／Ｓ_T1とＱ₂／Ｓ_T2との大小関係を変化させうえで、さらに第１室１１と第２室１２をつなぐ連結管１９周囲に設置した２つのソレノイドコイル１０に印加する直流磁場を一定の条件（図９）、直流磁場をかえた条件（図１０）で鋳造を行い、分離度、表層濃度均一性に及ぼす影響を調査した。なお、鋳型内の直流磁場帯１４に印加する磁束密度を０．４Ｔ、表／内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件とした。取鍋からの注入を行ってタンディッシュヘッドが一定の条件と、取鍋からの注入をやめタンディッシュヘッドが時間とともに低下する条件のそれぞれで試験を行った。

結果を図９に示す。なお図９ではタンディッシュ２の連通管１９に印加する磁束密度は０．１Ｔで一定とした。図９に示したように、タンディッシュヘッドが一定の条件（図９（ａ））では第１室１１、第２室１２の容量によらず分離度Ｘｏは０．９以上、均一度は０．１以下となっている。一方、タンディッシュヘッドが時間とともに低下する条件（図９（ｂ））では条件によって分離度、均一度はわずかながらではあるが変化し、Ｑ₁／Ｓ_T1とＱ₂／Ｓ_T2の大小関係で結果を説明することができた。即ち、非定常部位ではあるもののＱ₂／Ｓ_T2−Ｑ₁／Ｓ_T1＞０を満足することで非定常部位含めてタンディッシュでの流動を安定化することができる。

また、図１０は、Ｑ₂／Ｓ_T2−Ｑ₁／Ｓ_T1＝−１．２となるタンディッシュを準備し、タンディッシュ２の連通管１９に印加する磁束密度を０〜０．２Ｔで変化させた場合である。鋳造中に取鍋からの注入をやめ、タンディッシュヘッドが時間とともに低下する条件において、分離度、均一度に対して連通管１９に印加する磁束密度が及ぼす影響を確認した。その結果、図１０に示すように連通管１９へ印加する磁束密度ともに分離度、均一度は良好となった。即ち、Ｑ₂／Ｓ_T2−Ｑ₁／Ｓ_T1＜０となるタンディッシュを用いた場合であっても、連通管１９に印加する磁束密度を高くすることにより、非定常部位含めてタンディッシュでの流動を安定化することができる。

本方法は以上のような方法で第２溶鋼の成分調整を行うので、第２溶鋼に添加する成分についての制約は少なく、ＮｉやＣだけでなく、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｏに加えて、強脱酸、強脱硫元素であるＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭ等、鋼中に含有する元素を添加することができる。このため、鋳片の表層成分を変えることで鋼材の新たな機能を比較的簡便な方法で可能となる。

図１に模式的に示した鋳造装置で低炭Ａｌキルド鋼を鋳造する実験を行った。溶鋼の溶製は、転炉出鋼後、二次精錬にて脱ガス、成分調整した。取鍋溶鋼は２５０ｔであった。

容量５０ｔのタンディッシュは複数室（第１室１１：３５ｔ、第２室１２：１５ｔ）から構成され、それぞれの室の底面に内層溶鋼用浸漬ノズル５と表層溶鋼用浸漬ノズル６の２つの浸漬ノズルを取り付けた。なお、２つの浸漬ノズルの間隔は６００ｍｍである。また、これらの室は内面が耐火物で構成された連通管１９（内径２００φ）で接続されている。連通管１９の周りには２つのソレノイドコイル（１０Ａ、１０Ｂ）からなる直流磁場発生装置７が設置されており、２つのコイルにより互いに逆向きの磁力線が形成される。また、印加する磁束密度は最大０．２Ｔである。

鋳型内の湯面レベルから１００ｍｍ下方に電磁撹拌装置９のコア中心を設置し、鋳型内の上側溶鋼プール１５中に水平断面内で最大０．６ｍ／ｓの旋回流を形成した。かつ湯面レベルから４５０ｍｍ下方に幅方向に均一な磁束密度分布を有する直流磁場を鋳片の厚み方向に印加することができる直流磁場発生装置８を設けた。最大０．５Ｔの直流磁場が印加できる。この直流磁場発生装置８のコア厚みが２００ｍｍのため、湯面レベルから３５０〜５５０ｍｍの範囲内にわたってほぼ同じ磁束密度の直流磁場を最大０．５Ｔ印加することができる。そのため、直流磁場帯１４の範囲は湯面レベルからの高さがＨ_H＝３５０ｍｍからＨ_L＝５５０ｍｍの範囲となる。従って、第２溶鋼供給量Ｑ₂とＧ₂との比（Ｑ₂／Ｇ₂）が、Ｇ_2H／Ｇ₂≒√（Ｈ_H／Ｈ）＝０．８８からＧ_2L／Ｇ₂≒√（Ｈ_L／Ｈ）＝１．１１の範囲内であれば、溶鋼界面２７位置を直流磁場帯１４内に制御できるので、本発明の効果を発揮することができる。

鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルの位置については、まず、鋳片幅方向には幅中心をはさんでそれぞれ１／４幅位置とした。また、浸漬ノズルの吐出孔位置については、深さ方向には直流磁場発生装置８によって形成される制動領域（直流磁場帯１４）の上側（表層溶鋼用浸漬ノズル６）と、下側（内層溶鋼用浸漬ノズル５）にそれぞれ設置した。具体的には、表層溶鋼用浸漬ノズル６の吐出孔位置は湯面レベルから２００ｍｍとし、内層溶鋼用浸漬ノズル５の吐出孔位置は湯面レベルから６００ｍｍとした。

鋳造条件は、１２００ｍｍ幅、２５０ｍｍ厚、鋳造速度１．５ｍ／分で鋳造した。ここで、鋳型内の凝固係数Ｋ値はおよそ２５ｍｍ／ｍｉｎ０．５であることを確認しており、鋳型内直流磁場発生装置８の中心までで形成される表層厚は約１４ｍｍである。この表層厚みから、直流磁場帯１４位置における凝固シェル断面積（鋳造後鋳片の表層部面積）Ｓ₂が定まり、この表層部面積Ｓ₂と鋳造速度から、下側溶鋼プール１６と上側溶鋼プール１５から下方に輸送される単位時間鋳造量がそれぞれＧ₁、Ｇ₂として定まり、Ｇ₁、Ｇ₂に等しくなるように第１溶鋼と第２溶鋼の流量（Ｑ₁、Ｑ₂）を規定すると好適である。

第１溶鋼２１と第２溶鋼２２の流量制御については、鋳造開始時に第１溶鋼２１のみで鋳造を行い、必要溶鋼流量を供給するための内層溶鋼用浸漬ノズル５のスライディングノズル３３ｂの開度を確認した。その後、タンディッシュヘッドが一定となるように、スライディングノズル３３ａ流量調整によって取鍋１からの注入量を一定に制御したうえで、本発明例と一部の比較例について、内層溶鋼用浸漬ノズル５からの供給溶鋼量がＱ₁となるようにスライディングノズル３３ｂ開度を一定で制御した。さらに、第２溶鋼２２については、湯面レベル計３１で計測した湯面レベルが一定となるように表層溶鋼用浸漬ノズル６のスライディングノズル３３ｃ開度調整を行い、結果として第２溶鋼の供給量がＱ₂となるように制御した。

タンディッシュでの成分調整について説明する。前述したタンディッシュの第２室１２内に０．３ｍｍ厚の軟鋼板でかしめた鉄製ワイヤー（外径１２ｍｍ、Ｃ粉含有量：２２６ｇ／ｍ）をワイヤーフィーダー（成分添加装置３４）にて添加速度６ｍ／分で添加した。ワイヤーの添加速度は、各実施例での第２溶鋼の流量Ｑ₂に対応して、第２溶鋼に０．３％Ｃを添加することに相当する添加速度とした。また、ワイヤー添加は取鍋１からの溶鋼注入が終了するまで継続し、注入終了とともにワイヤー供給を停止した。

次に、本発明の原理を検証するために行った実験内容について説明する。
◆実験１：タンディッシュヘッドを一定に保持した条件で第１溶鋼２１，第２溶鋼２２の流量バランスを変化させ、Ｑ₂／Ｇ₂が変化する条件で鋳造する。
◆実験２：タンディッシュヘッドを一定に保持した条件でタンディッシュ２の連通管１９部分に設置した２つのソレノイドコイルに印加する直流磁場条件を変えて鋳造する。
◆実験３：タンディッシュヘッドを一定に保持した条件で鋳型内電磁撹拌装置９の印加電流を変えて湯面近傍で形成する旋回流速を変えて鋳造する。
◆実験４：取鍋１からの注入が終了した後にタンディッシュ２の連結管１９周囲に設置した２つのソレノイドコイルに印加する直流磁場条件を変えて鋳造する。

ここで、前述した実験において、鋳型内直流磁場発生装置８により０．５Ｔの直流磁場を印加した。

鋳片内Ｃ濃度分布を調査するため、表層については表面から７ｍｍ位置（表層厚みの中心）、内層については表面から６０ｍｍ位置（鋳片１／４厚）について、両短辺中央、１／４幅位置の表裏面、１／２幅位置の表裏面、のそれぞれ８箇所、表層、内層あわせて合計１６箇所から分析試料を採取し濃度を調査した。また、表層厚Ｄ_Rについては、分析試料を採取した部位について、表面から６０ｍｍまでの領域を対象に、分析試料を採取したほぼ同じ位置でサンプルを切り出し、ＥＰＭＡにて厚み方向の濃度分布を調査した。添加した元素の濃度が高くなっている厚みを求めた。

得られた分析結果については以下の指標で表内層の分離度、表層濃度の均一性を評価した。鋳片表層濃度Ｃ_O、鋳片内層濃度Ｃ_I、取鍋内濃度Ｃ_Lとタンディッシュ内に添加した濃度Ｃ_Tから決まる表層分離度Ｘ_Oと鋳片表層厚み内の周方向平均値Ｃ_Mと標準偏差σから求められる濃度均一度Ｙを以下の式を用いて求める。
Ｘ_O＝(Ｃ_O −Ｃ_I)／(Ｃ_T −Ｃ_L ) −−−−（１）
Ｙ＝σ／Ｃ_M −−−−（２）

実験１、実験２、実験３、実験４、それぞれの結果を表１、表２、表３、表４・表５に示した。

表１ではタンディッシュの連通管１９内に印加する磁束密度は０．１Ｔ、鋳型内の直流磁場帯１４に印加する直流磁場の磁束密度は０．５Ｔ、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件で、第２溶鋼供給量Ｑ₂とＧ₂との比（Ｑ₂／Ｇ₂）を変化して鋳造した。界面位置（メニスカス１７から界面２７までの距離Ｈ_R）については、鋳片の表層厚Ｄ_Rを計測し、
Ｄ_R＝Ｋ√（Ｈ_R／Ｖ_C）
を逆算して求めた。

Ｑ₂／Ｇ₂＝０．８８〜１．１１の範囲として界面２７位置が直流磁場帯１４による制動域内に制御した本発明１，２，３の条件では分離度、均一度ともに良好な結果が得られた。一方、Ｑ₂／Ｇ₂＜０．８７にはずれた比較例３，４では、界面２７位置が直流磁場帯１４上端に止まり、表層分離度Ｘ_O、濃度均一度Ｙともに不良であった。Ｑ₂／Ｇ₂＞１．１１にはずれた比較例１，２では、界面２７位置が直流磁場帯１４の下端位置に止まり、比較的良好な表層分離度、濃度均一性がえられたが、本発明と比較すると不十分であった。

表２では鋳型内の直流磁場帯１４に印加する磁束密度を０．５Ｔ、Ｑ₂／Ｇ₂＝１（表／内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ）、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流速は０．４ｍ／ｓ、タンディッシュヘッドを一定に保持した条件で、タンディッシュの連通管１９内に印加する磁束密度を変化して鋳造した。この実験では磁場印加に関わらず、すべての条件（本発明４、本発明５、比較例５）で分離度、均一度ともに良好な結果が得られた。なお、分離度、均一度の数値は磁束密度とともにさらに良好になった。

表３では鋳型内の直流磁場帯１４に印加する磁束密度を０．５Ｔ、Ｑ₂／Ｇ₂＝１（表内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ）、タンディッシュの連通管１９内に印加する磁束密度を０．１Ｔの条件で、鋳型内電磁撹拌装置９の撹拌流速を変えて鋳造した。表層溶鋼用浸漬ノズル側短辺部の表層厚み、内層溶鋼用浸漬ノズル側短辺部の厚み、幅中央部の表層部の厚みを調査し、撹拌条件との関係を調査した。鋳型内電磁撹拌による撹拌流を付与しない本発明８では品質上問題にはならないものの表層厚みの不均一がみられた。一方、鋳型内電磁撹拌装置９による撹拌流を付与した本発明６，７ではいずれも表層溶鋼用浸漬ノズル６側短辺厚、内層溶鋼用浸漬ノズル５側短辺厚と幅中央部の表層厚みがほぼ同じであった。そのため、鋳型内電磁撹拌による撹拌流を付与することで表層厚みが鋳片周方向に均一になるため、好ましい。

最後に、第１室１１と第２室１２の容量が異なるタンディッシュを準備し、第１室１１の湯面レベルの面積Ｓ_T1、第２室１２の湯面レベルの面積Ｓ_T2を変化させた。それぞれの室から各溶鋼プールへの溶鋼供給量Ｑ₁、Ｑ₂とした場合、Ｑ₁／Ｓ_T1とＱ₂／Ｓ_T2との大小関係を変化させうえで、さらに第１室１１と第２室１２をつなぐ連結管１９周囲に設置したソレノイドコイル１０に印加する磁束密度が０．１Ｔ一定の条件で、分離度、表層濃度均一性に及ぼす影響を調査した。なお、鋳型内に印加する磁束密度を０．５Ｔ、表／内層界面位置を制動域内の４５０ｍｍ、鋳型内電磁撹拌装置による撹拌流速は０．４ｍ／ｓの条件とした。取鍋１からの注入を行ってタンディッシュヘッドが一定の条件と、取鍋１からの注入をやめタンディッシュヘッドが時間とともに低下する条件のそれぞれで試験を行った。

結果を表４に示す。タンディッシュヘッドが一定の条件では第１室１１、第２室１２の容量によらず分離度は０．９以上、均一度は０．１以下となっている。一方、タンディッシュヘッドが時間とともに低下する条件では、Ｑ₁／Ｓ_T1とＱ₂／Ｓ_T2の大小関係で結果が変化した。すなわち、Ｑ₂／Ｓ_T2−Ｑ₁／Ｓ_T1＞０を満足する本発明例９、１０では分離度＞０．９、均一度＜０．１を満足したが、Ｑ₂／Ｓ_T2−Ｑ₁／Ｓ_T1＜０の条件では本発明例１１，１２では分離度、均一度ともに本発明例９、１０よりも低値となった。

また、表５は、Ｑ₂／Ｓ_T2−Ｑ₁／Ｓ_T1＜０の条件となるタンディッシュを準備し、タンディッシュ２の連通管１９に印加する磁束密度を０〜０．２Ｔで変化させた場合である。連通管１９部分へ磁場を印加する条件を変化した本発明例１３，１４では、タンディッシュヘッドが一定の条件では分離度＞０．９、均一度＜０．１であり、タンディッシュヘッドが変化する条件では若干悪化したものの分離度はおよそ０．９、均一度はおよそ０．１であった。一方、磁場を印加しない比較例１０は分離度は０．９を下まわり、均一度は０．１よりも悪化し、その傾向はタンディッシュヘッドが変化する条件で顕著となった。

１ 取鍋
２ タンディッシュ
３ 鋳型
５ 内層溶鋼用浸漬ノズル
６ 表層溶鋼用浸漬ノズル
７ 直流磁場発生装置
８ 直流磁場発生装置
９ 電磁攪拌装置
１０Ａ ソレノイドコイル
１０Ｂ ソレノイドコイル
１１ 第１室
１２ 第２室
１３ 取鍋注入流
１４ 直流磁場帯
１５ 上側溶鋼プール
１６ 下側溶鋼プール
１７ メニスカス（湯面）
１８ 湯面
１９ 連通管
２０ 溶鋼
２１ 第１溶鋼
２２ 第２溶鋼
２３ 凝固シェル
２４ 上側溶鋼プール凝固部分（表層部）
２５ 下側溶鋼プール凝固部分（内層部）
２６ 溶鋼浸漬部分
２７ 界面
２９ 鋳片
３０ 浸漬ノズル
３１ 湯面レベル計
３２ 制御装置
３３ 流量調整装置（スライディングノズル）
３４ 成分添加装置
３５ 秤量器
４０ 直流磁場
４１ 溶鋼流動
４２ 誘導電流
４３ 制動力
４４ 壁
４５ 磁力線

Claims (5)

1. 鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する方法であって、２つの室を有するタンディッシュの、第１室にて取鍋から溶鋼を受鋼しつつ、溶鋼流制動用のソレノイドコイルを備えた連通管にて接続された第２室に、前記第１室から溶鋼流を制動しつつ供給し、かつ、前記第２室に所定の元素あるいはその合金を連続的に添加して前記第２室の溶鋼の濃度を調整し、２種類の成分の溶鋼をタンディッシュ内で保持し、
   鋳型幅方向全幅にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を配置し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、
   タンディッシュのそれぞれの室の底部に設けた長さの異なる２つの浸漬ノズルを用いて、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を鋳型内に供給することを特徴とする複層鋳片の連続鋳造方法。
2. タンディッシュの２つの室のそれぞれの底部に設けた浸漬ノズルから前記上側溶鋼プールと下側溶鋼プールに溶鋼を供給するにあたり、下側溶鋼プールに供給する溶鋼量はタンディッシュのヘッドと内層溶鋼用浸漬ノズルのスライディングノズルの開度と溶鋼流量の関係を用いて、上側溶鋼プールと下側溶鋼プールの溶鋼界面位置が直流磁場発生装置の直流磁場帯内となるように供給し、上側溶鋼プールの溶鋼はタンディッシュの第２室にて成分調整された溶鋼を、鋳型内湯面レベルが一定となるように制御しつつ供給することを特徴とする請求項１記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
3. ２つの室の間に設けた連通管の周囲を取り巻くように二つのソレノイドコイルを設置し、そのコイルが互いに異なる向きの磁力線を形成するようにそれぞれのコイルに直流電流を通電することを特徴とする請求項１又は２記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
4. 鋳型内幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加しつつ、その上方の鋳型内湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複層鋳片の連続鋳造方法。
5. 鋳片の表層と内層の成分組成が異なる複層鋳片を製造する装置であって、第１室と第２室を有するタンディッシュと、前記２つの室を接続しかつその周りに二つのソレノイドコイルを、そのコイルが互いに異なる向きの磁力線を形成するように配置した連通管を備え、取鍋からの溶鋼を前記第１室に注入し、第２室の溶鋼に成分を添加する成分添加装置を有し、
   鋳型内では湯面近傍において水平断面内で旋回流を形成する電磁撹拌装置と、その下方に鋳型幅方向全体にわたって厚み方向に直流磁場を印加する直流磁場発生装置を備え、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、
   更に前記タンディッシュの２つの室のそれぞれの底部に長さの異なる２つの浸漬ノズルを備え、第２室底部の浸漬ノズル（表層溶鋼用浸漬ノズル）から上側溶鋼プールに溶鋼を供給し、第１室底部の浸漬ノズル（内層溶鋼用浸漬ノズル）から下側溶鋼プールに溶鋼を供給し、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼を、前記タンディッシュから鋳型内に供給する構造とすることを特徴とする複層鋳片の連続鋳造装置。

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